《微机原理与接口技术》第3版 教学大纲、实验大纲 牟琦

45-《微机原理与接口技术》教学大纲英文名称：MicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnology适用专业：计算机类专业、自动化类专业、电子信息类专业教材：牟琦.微机原理与接口技术（第3版）.[M].北京：清华大学出版社，2018一、课程的性质“微机原理与接口技术”是计算机类、电子信息类、自动化类等相关专业的一门重要的专业基础课程。课程内容主要包括微型机硬件系统的组成、汇编语言程序设计、以及接口技术。通过该课程的学习，使学生能够掌握微型计算机系统的结构，理解计算机系统硬软件协同工作原理，建立计算机系统的整体概念；培养硬件思维方式，提高计算机硬件系统应用能力，提高硬软件协同开发能力；对于培养学生工程素养，培养分析、解决复杂工程问题的能力具有重要意义。二、课程学习目标1.知识目标理解微型机硬件系统的组成及工作原理，了解微处理器的分类和发展；掌握8086CPU结构及工作原理，了解常用的总线标准；了解80X86系列CPU的发展和特点；理解8086CPU指令系统，掌握汇编语言程序设计方法；理解I/O系统工作原理，掌握主要工作方式；理解常用可编程接口芯片的工作原理，掌握其应用方法；2.能力目标能够熟练编写汇编语言程序；能够编写程序对常用可编程接口芯片进行应用；具备微型计算机计算机硬件系统应用能力；具备硬软件协同开发能力。三、教学内容及基本要求1.计算机系统概述介绍计算机中的数据表示与编码，微型计算机中常用的数字逻辑电路，以及计算机系统的基本结构与工作原理等内容。使学生能从总体上对计算机系统有一个初步的了解，为后续知识的学习奠定基础。(1)教学内容计算机系统中的数与数制；二/十进制数的表示范围、编码及其运算；计算机系统中的字符编码；逻辑电路基础；计算机系统的分类与发展；计算机系统的组成；计算机系统的主要性能指标。(2)教学重点计算机中的数据表示与编码，计算机系统的组成与工作原理。(3)教学难点补码的运算和溢出判断方法。2.微型计算机系统基础本章主要介绍微型计算机基础知识，包括指令系统、处理器体系结构、微型计算机基本结构和工作原理、输入输出技术等内容，使学生对微型计算机系统有进一步的认识，对计算机工作过程有一个全面的概括的理解。(1)教学内容指令系统和处理器体系结构微型计算机系统结构微型计算机中的存储器与地址分配方法I/O信息交换方式程序中断技术概念微处理器的发展和分类微型计算机系统中采用的先进技术嵌入式系统的定义、特点和发展(2)教学重点微处理器中主要寄存器；存储器地址分配；I/O信息交换方式，程序中断技术(3)教学难点微型计算机系统结构，存储器地址分配，程序中断处理过程3.80X86微处理器本章以8086为例，介绍了微处理器的内部结构、外部基本引脚、工作方式、总线和时序，以及8086的存储器组织、中断系统等内容。为学习汇编语言程序设计和接口应用技术打下基础。(1)教学内容8086微处理器的存储器组织；8086微处理器的内部结构；8086总线工作周期8086的中断系统8086微处理器外部总线及工作模式；8086微处理器的工作时序。(2)教学重点8086微处理器的内部结构及工作原理；存储器的地址组织；中断处理过程；8086工作模式及总线周期。(3)教学难点8086系统的存储器结构；20位物理地址的形成过程；最小和最大工作模式；中断向量和中断处理过程。4.寻址方式与指令系统学习指令系统中主要指令的功能、格式以及使用的方法是学习汇编语言的基础。本章主要介绍8086CPU汇编语言格式、寻址方式、以及8086指令系统中主要指令及其使用方法，通过本章的学习，使学生鞥个编写出简单功能的指令段。(1)教学内容指令格式；8086数据寻址方式及指令寻址方式；数据传送指令算术运算指令逻辑运算指令移位指令串操作指令程序控制指令处理器控制指令(2)教学重点数据寻址方式，指令寻址方式、8086指令系统中主要指令。(3)教学难点数据寻址方式，指令寻址方式。5.汇编语言程序设计本章主要介绍汇编语言程序结构、基本语法、系统功能调用等内容，使学生掌握汇编语言程序设计基本方法，能够运用汇编语言写出完整的程序，实现指定的功能，并且能够运用DEBUG对程序进行调试。(1)教学内容汇编语言程序的基本语法；常用伪指令；系统功能调用；汇编语言程序设计方法；宏指令；动态调试程序DEBUG(2)教学重点汇编程序的结构和语法；DOS系统功能调用(21H)方法；汇编语言程序设计方法。(3)教学难点选择、循环结构的设计；指令与伪指令的应用；动态调试程序DEBUG的使用；宏与子程序的应用。6.半导体存储器本章主要介绍半导体存储器的分类和工作原理，微机系统内存储器的构成及与CPU的连接方法、虚拟存储器、80X86内存管理模式等内容。使学生能够根据应用系统的需要，合理选择半导体存储器类型，设计CPU与内存储器的连接方案。(1)教学内容内存储器基本概念、分类和主要技术指标；存储器的分级结构，CACHE的基本原理；典型存储芯片结构与应用；存储器的字位扩展技术；全地址译码和部分地址译码的概念及应用方法；虚拟存储器工作原理；80x86内存管理模式。(2)教学重点地址译码电路设计；内存储器的扩展技术；存储器的分级结构。(3)教学难点地址译码电路设计；内存储器的扩展技术；虚拟存储器原理；80x86内存管理模式。7.输入和输出技术本章介绍输入/输出接口的功能和基本结构，输入/输出的基本方式，中断控制器8259的工作要求及其编程，DMA方式的原理，DMA控制器8237工作过程和应用。通过本章的学习，使学生能够分析不同输入/输出方式的优缺点，正确设计I/O系统方案；能够对8259A、8237编程，完成指定的功能。(1)教学内容I/O接口的概念、功能、编址方式；无条件程序控制方式、有条件程序控制方式；中断优先级及判优方式；可编程中断控制器8259A的外部特性和内部结构、以及方式控制字DMA的工作原理；DAMC8237的工作原理(2)教学重点中断技术基本原理及其应用；DMA工作过程；中断传送和DMA传送的区别。(3)教学难点8259A的初始化编程和应用。8.常用接口芯片本章主要介绍并行通信和串行通信接口的基本原理，微机常用串行接口、并行接口、定时器的可编程接口芯片的内部结构和外部特性，以及其硬件连接和初始化编程、操作编程等。通过本章的学习，使学生能够根据具体应用要求，设计出串行接口、并行接口、定时器可编程接口芯片与CPU连接方案，并能够写出初始化、操作程序等。(1)教学内容可编程定时计数器8253的外部引脚、内部结构和工作原理；8253的六种工作方式；串行接口技术基本概念、工作方式、数据格式和校验；可编程串行接口电路8251的工作原理、与CPU的连接及初始化编程；并行接口技术基本概念、工作方式、数据格式；可编程并行接口电路8255的外部引脚、内部结构、工作原理和工作方式；8255的初始化编程和C口的操作；模拟量、开关量接口技术的基本概念和其输入、输出通道的组成；.D/A、A/D转换器的工作原理和控制方式，以及DAC0832和系统总线的连接。(2)教学重点可编程接口芯片8253、8251、8255与CPU的连接；8253的初始化编程；8251工作原理；8255工作原理以及3种工作方式。(3)教学难点可编程接口芯片8253的初值计算；接口芯片8251、8255的初始化编程和应用。四、实验实验、上机、课程设计内容：参见教材第9章实验。五、学时分配及说明表1学时分配表序号知识点课内讲授教学各环节备注上机自学1计算机系统概述222微型计算机系统基础42380X86微处理器644寻址方式与指令系统865汇编语言程序设计8686半导体存储器4247输入和输出技术6248常用接口芯片1066合计481636总计48课内学时+16实验学时+36自学学时六、教学方法与教学手段教学方法：课堂讲授为主，同时重视实践教学环节，并要求学生完成规定的课外自学内容。七、考核方法课程性质：专业基础课、必修考核方法：考试、闭卷课程成绩评分办法：平时成绩10%，综合作业或期中考试成绩30%，期末考试成绩60%。大纲制订人：《微机原理与接口技术》实验大纲课程名称微机原理与接口技术实验项目数7总学时16实验学时16总学分开课学期适用专业计算机科学与技术先修课程模拟电路、数字电路一、实验课程简介以8086CPU为核心的16位微机系统为载体，设计了汇编程序设计、RAM扩展、可编程中断控制器8259A、定时器/计数器8253、并行接口8255、串行接口8251、D/A变换等验证型实验和2个综合实验，使学生通过实践环节，对微机系统工作原理、汇编语言程序设计、接口电路芯片及应用等知有更深入的理解，掌握各种接口电路芯片的工作原理和应用方法，并能够熟练使用汇编语言进行硬件编程。二、实验对实现人才培养目标的贡献通过实践教学环节，使学生接受初步的工程实践训练，增强综合运用所学知识分析处理工程实际问题的能力，培养学生实践能力、设计能力和创新能力。三、实验内容及要求理解：16位微机的硬件系统的组成；DOS的基本命令；INTI0H各功能块的用法；了解总线的工作时序；掌握：DOS系统功能调用的常用功能；6264静态RAM使用方法，以及PC机扩充外存的手段；中断控制接口芯片8259的工作原理及应用；并行接口8255A的传输数据的方法及应用；定时/计数器8253的工作原理及应用编程；串行接口电路8251的工作方式、硬件接口电路设计及应用。表1实验项目设置与内容序号实验项目内容提要计划学时每组人数实验类别开出要求1汇编语言与调试环境熟悉实验输入示例汇编源程序，并生成可执行文件，利用调试工具验证运行结果21验证必做2综合汇编程序设计实验自行设计密码验证程序，要求屏幕输出字符提示信息，对键盘输入的密码字符进行验证。41设计必做3RAM扩展实验对6264RAM芯片进行数据转存操作，在6264中转存预先放到内存中10个数据，并进行结果验证。21验证必做4可编程中断控制器8259A实验在试验箱上对8259A进行硬件连线，并编写中断服务程序，验证中断响应结果22验证必做5定时器/计数器8253实验根据输入频率计算初值，并编程，使8253每1秒产生一次中断信号。22验证必做6并行接口8255实验用8255A的B端口和A端口分别接开关和发光二极管，编程控制8个LED发光二极管的亮和灭。22验证必做7串行接口8251实验数据信号的串行输出，将示波器连入，观察数据波形。22验证选做8D/A变换实验通过D/A变换实现锯齿波形的输出，并通过示波器进行输出波形观测21验证选做9综合实验（一）通过A/D转换，用软件延时的方式将转换后的实际电压值，通过8255送入数码管显示电压的整数部分。42设计选做10综合实验（二）根据输入频率，使得8253每1秒产生一次中断信号，使得A/D开始转换，并将转换后的实际电压值得整数部分，通过8255送入数码管显示。要求自行设计8253的联线方式，并且能写出中断控制程序。63设计选做注：实验7、8、9、10选做1项四、实验课程基本要求1.实验教学的手段和方式实验教学采用课堂讲授和学生动手相结合方式，指导教师先简要讲解实验原理和重要注意事项，然后由学生按实验指导书中的内容和方法步骤进行。实验过程中学生遇到难题，教师即时启发帮助学生解决。2.实验教学的要求在实验前，要求学生必须熟练掌握所使用的知识点，做好接口电路设计和源程序准备工作，认真完成实验，